Пнг. часть 2 (2). pdf. Биология. Медицинские проблемы в экологии
 Скачать 1.95 Mb.
|
|
Действие радиации на организм человека (В.В. Маркина, 2006) Форма облучения, дозаНемедленные реакции организма Отдаленные последствия I. Острое облучение Очень большие дозы 1-10 кЗв Большие дозы 4-6 Зв Средние дозы 2-4 Зв Небольшие дозы 1 Зв Смерть от поражения ЦНС Смерть Тяжелая лучевая болезнь (50% смерть) Лучевая болезнь средней тяжести Легкое недомогание Сокращение сроков жизни, снижение иммунитета, роста, поражение ЦНС. Радиационный канцерогенез (лейкемия, рак легких, молочной железы). Бесплодие. Наследственные пороки развития, эмбриональная гибель, наследственные болезни II. Хроническое облучение Доза накапливается. Действие зависит от дозы и промежутков между облучениями Смерть от тяжелой лучевой болезни Лучевая болезнь. 76 Вместе с тем чувствительность к ионизирующему излучению (радиочувствительность) различна у разных видов живых организмов, организмов одного и того же вида, разных тканей и органов одного организма. Особенно чувствительны к действию ионизирующего излучения ткани с высокой степенью пролиферации: костный мозг, эпителий кишечника, клетки половых желез (рисунок 13). Рис. 13. Чувствительность организма человека к ионизирующему излучению Большую роль в развитии прямых и опосредованных эффектов облучения играют низкомолекулярные продукты различной химической природы, объединяемые под общим названием «радиотоксины». Действие радиотоксинов проявляется в следующем: в малых дозах они усиливают синтез ДНК, воздействуя на мембраны, активируя цАМФ, взаимодействуя с белками-репрессорами; в больших дозах тормозят синтез ДНК, угнетают деление клетки, вызывают хромосомные аберрации, генные мутации, пикноз (сморщивание) ядер, понижают устойчивость биологических мембран, активность мембранно-связанных ферментов. 77 Характер действия радиотоксинов на живые клетки имитирует действие самого ионизирующего излучения, т.е. они обладают широким действием и принимают активное участие во вторичном поражении генома и мембран клеток. Малые дозы ионизирующего излучения вызывают радиобиологические эффекты, противоположные характеру воздействия больших доз: стимулируют рост, развитие, плодовитость, неспецифический иммунитет, общую сопротивляемость организма; их воздействие осуществляется через регуляторные механизмы генетических и мембранных структур; играют важную роль пусковых механизмов, при этом эффект мало зависит от количества поглощенной энергии и увеличивается при облучении дробными дозами (аккумуляция). Кроме того, следует подчеркнуть беспороговость действия малых доз ионизирующего излучения на разные системы организма, способность к накоплению дозы и как следствие проявление в виде отдаленных эффектов: вегетососудистой дистонии, увеличение щитовидной железы, изменение иммунного статуса, сочетанные поражения сердца, легких, мозга, желудочно-кишечного тракта, увеличение вероятности возникновения опухолей, мертворождений, выкидышей (В. Т. Найда и др. 1994; Т.И. Траверсе, 1994; Г. В. Римарчук, 1994). Исследование состояния здоровья людей, проживающих в местностях, получивших умеренные радиоактивные загрязнения после чернобыльского взрыва, или отселенных из зон интенсивного загрязнения, показывает, что основной причиной таких болезней является срыв адаптационных механизмов. Поэтому наибольшее распространение получают так называемые стресс-зависимые болезни. Характерными являются также иммунодефициты, в связи с чем и большая подверженность инфекциям, острым респираторным заболеваниям (Г.В. Архангельская, 1993). Вместе с тем многие исследователи отмечают рост 78 числа опухолевых заболеваний кроветворных органов и щитовидной железы (В.Г. Найда, 1994; С.В. Петренко, 1990), изменение показателей периферической крови (Л.Н. Acтахова, 1991; Т.Н. Лазюк и др., 1990). При сочетании ионизирующего излучения с другими экологическими факторами возможны разные реакции комбинирований действия: аддитивность (суммирование эффектов от каждого из факторов независимо от последовательности действия); синергизм (результат совместного действия превосходит эффект, ожидаемый от суммированного воздействия); сенсибилизация (потенцирование, усиление эффектов факторами, которые сами по себе эффекта не вызывают). Эти виды сочетанного действия должны учитываться при анализе тяжести радиобиологического эффекта. К числу факторов, усиливающих радиационное поражение, относятся: повышение температуры окружающей среды; высокое содержание кислорода в тканях, усиливающее первичное поражение, но облегчающее пострадиационное восстановление; воздействие ультразвука, мутагенов, ядов, канцерогенных факторов. Описанное явление находит применение в медицине при лечебном совместном использовании ионизирующего излучения и цитостатиков (препаратов, вызывающих апоптоз злокачественных клеток), излучения и гипертермии для лечения опухолей, при использовании любых средств, снижающих содержание в тканях кислорода (адреналина, нитрита натрия, морфина, цианидов), для ослабления поражающего действия ионизирующего излучения. Отдаленные последствия воздействия ионизирующей радиации на организм проявляются прежде всего: в изменении продолжительности жизни; в увеличении частоты возникновения злокачественных опухолей; 79 в росте числа генетических болезней. Для животных достоверно доказано сокращение продолжительности жизни в результате воздействия ионизирующей радиации. Для человека доказать такую закономерность трудно из-за недостатка количества наблюдений. Однако и нет оснований отрицать факт сокращения сроков жизни, так как в организме после облученияпроисходит ряд необратимых явлений, которые неизбежно должны привести к более раннему старению: нерепарируемые повреждения ДНК; ослабление систем иммунитета; дегенеративные изменения в эндокринной системе; усиление склеротических процессов и др. Доказано, что воздействие ионизирующего излучения на организм людей ведет к повышению риска опухолевых болезней. Установлено, что ионизирующее излучение может выступать в роли стимулирующего фактора на всех этапах канцерогенеза (возникновения и развития злокачественной опухоли): в фазе инициации опухолевого роста (мутации в соматических клетках, трансформация клетки в потенциально опухолевую) вследствие поглощения лучевой энергии генетическими структурами клетки; в первую очередь это касается регуляторных генов, в том числе и латентного онкогена (проонкогена), и происходит как за счет непосредственного поражения его радиоактивным излучением, так и за счет нарушений стабильности генома, перемещения мобильных диспергированных генов (прыгающих генов); в фазе промоции (усиление роста опухоли) в качестве пускового механизма деления; на всех этапах канцерогенеза в качестве фактора, снижающего иммунный контроль. Несмотря на то, что изучать генетические последствия облучения у людей сложно, уже накоплен материал, показывающий что: 80 доза в 1 Зв является удваивающей дозой (т.е. число мутаций возрастает в 2 раза по сравнению с воздействием естественного ра- диоактивного фона); мутирование начинается при дозе 0,1 Р/сут (0,001 Зв); летальные мутации начинают обнаруживаться уже при дозах 0,2 – 1 мР/ч (0,002 – 0,01 мЗв). Знание основных патогенетических механизмов развития лучевого поражения на последовательных этапах позволяет разработать в каждом конкретном случае стратегию пострадиационного восстановления организма: а) в период острого радиационного поражения, нарастания радиационно-физических и радиационно-химических процессов: перехват и инактивация радикалов; создание условий, благоприятных для работы ферментов репарации ДНК (введение коферментов); создание условий, благоприятных для восстановления молекул ДНК (введение субстратов для синтеза); выведение радиотоксинов; создание гипотермии; создание гипоксии; б) в период вторичных нарушений биохимических процессов и опосредованного усиления радиационного эффекта, вторичного поражения генома и мембран: перехват и создание условий для выведения радиотоксинов или условий, препятствующих их образованию; ослабление активности протеаз и нуклеаз; введение антиоксидантов или создание условий для их активации; создание условий для ускорения синтеза и переноса липидов; в) в период гибели радиочувствительных популяций клеток: 81 активация деления резервного пула (например, стимуляция кроветворения); активация процессов регенерации; введение сингенных (генетически сходных) клеток заменителей; г) в случае усиления радиационного поражения генома при сочетанном воздействии других физических и химических факторов: удаление физических и химических факторов, усиливающих радиобиологический эффект; использование физических и химических факторов, ослабляющих радиобиологический эффект. 82 Микроэлементы, их значение для организма человека в современных экологических условиях Микроэлементы – это не случайные ингредиенты тканей и жидкостей живых организмов, а компоненты закономерно существующей очень древней и сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организмов на всех стадиях развития. Выделены три основополагающих принципа ее функционирования: 1) избирательное поглощение микроэлементов; 2) избирательная концентрация их в определенных организмах, органах, тканях и некоторых органеллах клетки; 3) селективная элиминация. Вероятно, эти механизмы поддерживают микроэлементный гомеостаз (А.П. Авцын, 1972). До тех пор, пока реакции организма в ответ на изменения концентраций микроэлементов в среде не выходят за пределы нормы реакции, организм сохраняет гомеостаз, в противном случае развивается экопатология (нарушаются адаптационные механизмы, происходят разбалансирование ферментативных процессов, изменения метаболических превращений). В настоящее время введен термин микроэлементоз (А.П. Авцын с соавт., 1991), объединяющий все патологические процессы, вызванные избытком, дефицитом или дисбалансом микроэлементов. В основу их классификации положен принцип, согласно которому на первое место выдвигаются этиологический фактор и характер его проявления. Это выражено в названиях микроэлементозов: если имеется в виду дефицит микроэлементов, то микроэлементоз трактуется как дефицитное состояние по названию элемента: купродефициты, цинкдефициты, хромдефициты, селендефициты и т.д. Употребляются также названия типа гипоиодоз или гипоидное состояние, гипосидероз или сидеропеническое заболевание; 83 если речь идет о микроэлементной токсикопатии (микроэлементном токсикозе), то и название микроэлементоза образуется для каждого микроэлемента соответственно с добавлением слова "токсикоз": Al-токсикоз, Cd-токсикоз, Hg-токсикоз, Рb-токсикоз и т.д. При этом сохраняются и такие названия, как меркуриализм, плюмбизм и др. Микроэлементы с учетом выполняемых ими функций в организме подразделяются на эссенциальные, условно эссенциальные, условно токсичные и токсичные (Aggett P.I., 1985). Согласно современным представлениям, ряд микроэлементов является абсолютно необходимым (эссенциальным) для организма, оптимального состояния его здоровья. К ним относятся железо (Fe), медь (Cu), цинк (Zn), марганец (Mn), хром (Cr), селен (Se), молибден (Mo), кобальт (Со), йод (J 2 ). Микроэлементы входят в состав общей регуляторной системы организма, поддерживающей его гомеостаз. Они влияют на оплодотворение, развитие, рост, жизнеспособность организма, его иммунологические свойства, дыхательную функцию гемоглобина и прочие важнейшие функции. Влияние микроэлементов на обменные процессы реализуется, прежде всего, через их воздействие на генетический аппарат клетки. Связываясь с нуклеотидами, ионы металлов вызывают существенные изменения в структуре нуклеиновых кислот. Так, Zn, Mg и Мn входят в состав ДНК- и РНК-полимераз, обратной транскриптазы, т-рНК-синтетазы, фактора инициации трансляции и др.). Отсутствие металлов ведет к дестабилизации двойной спирали ДНК и ее частичной денатурации. Присоединение металлов может ослабить электростатическое отталкивание между цепями ДНК; привести к разрыву водородных связей между парами азотистых оснований; Сr и Fe могут включаться в структуру ДНК, образуя поперечные сшивки между нитями, и видоизменять ее структуру. Поэтому дефицит, избыток и дисбаланс микроэлементов в организме человека может приводить к различным генетическим нарушениям на уровне гамет (гаметопатиям) в виде генных, хромосомных или геномных 84 мутаций. Нарушение обмена микроэлементов (как недостаток их, так и избыток) в организме беременной женщины может вызывать различные пороки развития (таблица 18). Таблица 18. Врожденные пороки развития при дефиците и избытке микроэлементов Микроэлемент Врожденное нарушение Дефицит микроэлемента Zn Бесплодие, хромосомные аномалии, смерть плода, микро – и анофтальмия, синдактилия, дефекты формирования нервной трубки, аномалии скелета, нарушение иммунных функций Cu Анемия, бесплодие, смерть плода, спастические параличи, ломкость костей, сердечная недостаточность, аневризмы, дефекты соединительной ткани, аномалии кожи и волос, низкая масса тела при рождении Mn Хондродистрофия, куполообразный череп, атаксия, склонность к конвульсиям Fe Бесплодие, смерть плода, низкая масса тела при рождении, функциональные нарушения иммунитета, аномалии развития скелета, задержка психомоторного развития, глухонемота, врожденная миксидема Se Гибель плода Избыток микроэлемента Zn Эмбриоцидное действие и перинатальная смерть Cu Эмбриоцидное действие Mn Эмбриоцидное действие Pb Стерильность, некроз плаценты,выкидыши, перинатальная и неонатальная смертность, замедление роста, аномалии поведения в результате нейротоксического действия Cd Хромосомные аномалии, эмбриотоксичекое действие, аномалии развития нервной трубки, строения лица, изменения скелета As Дефекты формирования нервной трубки, аномалии скелета и мочеполовой системы, замедление роста Se Эмбриотоксическое действие, аномалии скелета и конечностей, дефекты формирования глаз Li Расщепление неба, аномалии глаз и уха, поражение печени Fe Аномалии поведения (нейротоксическое действие), нарушение иммунных функций В разные периоды онтогенеза механизмы развития микроэлементозов могут быть различными. С одной стороны, в период внутриутробного 85 развития происходит физиологическое накопление в организме плода многих микроэлементов, что обеспечивает интенсивность метаболических процессов, быстрый рост и развитие. С первых месяцев жизни наступает уменьшение этого резерва. Среди детей существуют группы риска, в которых довольно часто встречаются дефициты микроэлементов (гипотрофия и недоношенность; продолжительное парентеральное питание; рецидивирующая диарея; длительный катаболизм, синдром короткого кишечника; низкая концентрация микроэлементов в грудном молоке и др.). Сдругой стороны, избыток определенных микроэлементов может привести к различным эмбриотоксическим эффектам, вплоть до гибели плода. Процессы метаболизма происходят при участии многих металлоферментов (металл прочно связан с белком-ферментом и незаменим), либо специфически активируются (или подавляются) с помощью микроэлементов. Имеются данные о прямом участии микроэлементов, например, кальция в молекуле амилазы слюны и формировании активного центра и всей трехмерной структуры молекулы этого фермента (Березов Т.Т. с соавт., 1990). Поэтому недостаток или избыток таких микроэлементов сопровождается целым каскадом метаболических нарушений. Вместе с тем каждый элемент имеет присущий ему диапазон безопасной экспозиции, который поддерживает определенные тканевые концентрации и функции; у каждого микроэлемента есть также свой токсический диапазон, когда безопасная степень его экспозиции превышена. Дефицит многих микроэлементов связан не только с недостаточным поступлением их в организм, но и с интенсивностью их всасывания, с неполноценностью транспорта и метаболизма, с нарушением активности специфических лигандов и клеточных рецепторов, с деятельностью многих систем организма. С другой стороны, относительный дефицит может возникать для одних элементов в результате дисбаланса с другими. Микроэлементные токсикозы – реальное явление в современных экологических условиях, результат постоянного загрязнения сред жизни 86 вследствие выбросов в атмосферу солей и оксидов металлов, оксидов серы и азота. Различают мономикроэлементозы – заболевания, обусловленные избытком или недостатком одного микроэлемента, и полимикроэлементозы – заболевания, в этиологии которых существенную роль играют несколько микроэлементов или дисбаланс с несколькими микроэлементами. К ним относятся такие массовые заболевания, как кариес зубов, широко распространенная группа мочекаменных болезней, гетерогенная по патогенезу группа эндемического зоба, группа анемий сложной биохимической природы и др. Выделяется также вторичный микроэлементоз, который присоединяется к основному заболеванию на различных стадиях его течения или может иметь ятрогенное происхождение (быть следствием различных медицинских воздействии, например, хирургических операций на желудочно-кишечном тракте, когда повреждаются зоны всасывания микроэлементов, неконтролируемого лечения препаратами, содержащими металлы, может развиваться при тяжелых гельминтозах, таких как описторхоз, дифиллоботриоз). Одной из особенностей микроэлементов является их способность накапливаться в организме. Поэтому перенасыщение ими воздуха, воды и почвы может привести к значительным концентрациям их в организме человека. Часть микроэлементов является |